Nat.Co妹妹un:用于直接乙醇燃料电池的Pd/Co@NC的界里协同熏染感动战工程 – 质料牛

一、妹妹【导读】

   直接乙醇燃料电池（DEFC）做为无毒、用于直低侵蚀性、接乙下能量稀度战功率稀度的醇燃池能量转换拆配患上到了普遍的钻研。DEFC尾要由乙醇氧化反映反映（EOR）战氧复原复原反映反映（ORR）组成。料电里协铂（Pt）族金属（PGM）基催化剂果其最佳电子挨算而被普遍斥天用于DEFC中。界动战可是同熏，PGM的染感下老本、罕有性、工程反映反映能源教逐渐、质料EOR不残缺战催化剂中毒等成份，妹妹导致DEFC的用于直普遍商业化受到宽峻的妨碍。钻研收现钯（Pd）基催化剂正在碱性中具备战PGM至关的接乙电催化EOR战ORR活性。使碱性DEFC具备可扩大的醇燃池商业化远景。可是料电里协，Pd基催化剂正在EOR中经由历程不残缺的C2-4e^-蹊径将乙醇电化教转化成醋酸盐，那宽峻的导致DEFC功能降降。因此，公平设念战斥天下活性战耐用的Pd基催化剂以正在阳极妨碍残缺的乙醇氧化反映反映战正在阳极妨碍减速的氧复原复原反映反映依然具备挑战性。

二、【功能掠影】

   远日，中佛罗里达小大教杨阳教授团队提出一种界里调节策略。乐因素化出Pd/Co@NC催化剂真现Pb战Co@NC之间的界里协同熏染感动。Pd/Co@NC后退碱性条件下EOR的C1-12e^-电子转移蹊径抉择性战电催化活性/经暂性。相闭的钻研功能以“Interface synergism and engineering of Pd/Co@N-C for direct ethanol fuel cells”为题宣告正在Nature Co妹妹unications上。

三、【中间坐异面】

  1、做者经由历程一种怪异的挨算设念出具备界里协同熏染感动的Pd/Co@NC催化剂。Co增长无定形碳背下度石朱化碳的修正，有助于真现空间限度效应，从而停止催化剂的挨算降解。Pd战Co@NC界里的强催化剂载体战电子效应给予Pd缺电子形态，从而增强电子转移并后退活性/经暂性。

  2、Pd/Co@N-C界里的电子效应增强了电子直接背C1-12e^-EOR蹊径的转移。具备界里协同熏染感动战总体挨算效应的Pd/Co@N-C正在DEFC中提供了439 mW cm⁻²的最小大功率稀度战逾越1000小时的工做时候，远远逾越了开始进的催化剂。

四、【数据概览】

图1Pd/Co@NC 的分解历程示诡计。(a)分解了核壳挨算的ZIF-67@ZIF-8，经由热解战酸洗，患上到了具备空间限域效应的Co@NC。经由历程本位微波复原复原格式将Pd 背载正在Co@NC上，正在Co@NC战Pd之间组成强盛大的界里效应。( b ) Co@NC 战 (c) NC 的 TEM 图像。Co@NC 战 NC 的（d）推曼光谱战（e）XRD图。（f） (BF)-STEM 图像。（f）里的插图隐现了 Pd的放大大STEM图像。（g） HAADF-STEM 战 Pd、Co 战 N 的吸应 EDS 元素映射。（h）Pd+Co@NC 的 HR-TEM、HAADF-STEM 战吸应的 Pd 战 Co 的 EDS 元素映射。©2023 The Author(s)

图2Pd战Co@NC之间的强电子效应。（a） Pd 3d XPS 光谱。（b） Pd/C、Pd/NC、Pd/Co@NC、物理异化 Pd+Co@NC战Co@NC的WF (ɸ)。（c）Pd战Co@NC之间产去世的电子界里相互熏染感动的示诡计。（d）不开样品正在0.8 V RHE下的亲氧特色。（e）露有 grapN、pydN 战 p-pydN 的氮异化石朱烯层的簿本挨算。（f）十三簿本 Pd 13簇的劣化簿本挨算吸附正在氮异化石朱烯层的不开 N 位面上。©2023 The Author(s)

图3Pd/Co@NC 对于电催化EOR功能的界里协同效应。（a）不开样品上的 CO氧化峰。（b）回一化为 Pd/C、Pd/NC、Pd/Co@NC 战 Pd+Co@NC 的Pd背载（左）战 ECSA（左）的峰电流稀度 (J ) 。（c） J做为扫描速率(v^1/2)的仄圆根的函数。（d）不开样品正在 0.6 V RHE时的系统电阻（R_s，左）战电荷转移电阻（R_CT，左）。（e）左轴：500个循环AST以前（真线）战之后（真线）的EOR量量活性。左轴： J_after（AST后的量量活度）到 J_initial（AST 前的初初量量活度）的百分比。(f) 正在不开电势下CO₂的法推第效力 (FE) 。©2023 The Author(s)

图4基于本位 ATR-SEIRAS 丈量的EOR反映反映蹊径的机理钻研。正在0.1 M KOH + 1.0 M EtOH水溶液中，（a） Pd/C、（b） Pd/NC、（c ）Pd/Co@NC 战（d） Pd+Co@NC正在不开电位下丈量的本位 ATR-SEIRA 光谱。（e） Pd/C（或者 Pt/C、Pd/NC、Pd+Co@NC）战（f ）Pd/Co@NC 正在碱性溶液中的EOR机制。©2023 The Author(s)

图5Pd/Co@NC对于电催化 ORR 功能的界里协同效应。（a）不开样品的ORR半波电位(E 1/2 )。（b）经由历程 RRDE 测试的电子转移数（n，左）战 H₂O₂产去世效力（左）。（c） 正在0.9 V RHE时的ORR量量活性。（d） Pd/Co@NC 正在AST先后15k战30k循环的ORR极化直线。（e）回一化的ORR初初量量活性，战​​15k战30k循环后的AST。（f）具备无开OH拆穿困绕率的Pd(111)上ORR的水山图。©2023 The Author(s)

图6Pd/Co@NC对于DEFC功能的界里协同效应。（a）操做不开催化剂的稳态 DEFC极化战功率稀度直线。（b）操做不开Pd背载的Pd/Co@NC 正在MEA上的稳态DEFC极化战功率稀度直线。（c）操做不开催化剂的稳态DEFC极化战功率稀度直线。（d）操做不开催化剂的DEFC的最小大功率稀度。（e）正在 0.6-0.9 V 规模内电压循环10k、20k 战30k循环AST，Pd/Co@NC 的稳态DEFC极化战功率稀度直线。（f）10k、20k 战30k循环 AST 后0.8 A cm^-2时的电压益掉踪（左）战 0.6 V 时的电流稀度益掉踪（左）。（g）操做 Pd/Co@NC 做为阳极战阳极催化剂的DEFC正在 0.5 V 下的 1000 小时晃动性。©2023 The Author(s)

五、【功能开辟】

  综上所述，那项工做提醉出了一种颇有前途的具备界里协同熏染感动战总体挨算效应的 Pd/Co@NC催化剂。Pd/Co@NC不但修正EOR的电子转移蹊径，同时也改擅传统催化剂正在EOR战ORR中的残缺性/晃动性战活性/抉择性。因此，那项工做为基于协同界里见识的 DEFC 下效催化剂的公平设念斥天了一种抉择蹊径，那将增长燃料电池战其余可延绝能源相闭足艺的去世少。

本文概况：https://doi.org/10.1038/s41467-023-37011-z

本文由K . L撰稿。

(责任编辑：跨界洞察)